Но и эта «неудача» дала науке гораздо больше, чем много иных удач. Была сформулирована четкая задача. Показан принципиальный путь ее решения. Выведены некоторые важные цифровые данные, которые облегчают поиски усовершенствованных экспериментальных схем.
Речь идет о принципе суперпозиции, наложения, световых потоков, суть которого сводится к тому, что между двумя (или более) пересекающимися световыми потоками не происходит никакого взаимодействия. Два луча встречаются в пространстве и проходят друг сквозь друга, даже не замечая этого, как сквозь пустоту.
Этот эмпирический принцип высказывался еще в XVI и XVII веках Декартом, Ньютоном, Гюйгенсом, Ломоносовым. Гюйгенс, например, писал в своем трактате о свете:
«Удивительнейшее свойство света состоит в том, что лучи, идущие из различных и даже противоположных направлений, проходят один сквозь другой, нисколько не препятствуя обоюдным действиям».
Между тем совершенно ясно, что он несовместим с квантовыми представлениями. Ведь если световые пучки состоят из конечного числа фотонов, то при какой-то достаточно высокой плотности этих частиц они должны сталкиваться между собою. Свет будет рассеивать свет. Наблюдение факта такого рассеяния послужило бы доказательством нарушения принципа суперпозиции при определенных условиях.
И вот Сергей Иванович сделал несколько попыток обнаружить это рассеяние. Предварительно — это было в августе 1928 года — он сделал на эту тему доклад на заседании оптической секции VI съезда русских физиков, состоявшегося в Москве. В докладе, называвшемся «Замечания об эмпирической точности оптического принципа суперпозиции», ученый пытался теоретически установить границы применимости старинного, полученного простыми наблюдениями вывода.
Первые измерения ученый произвел в лабораторной обстановке при помощи светового потока, рожденного конденсированной электрической искрой большой плотности. Для увеличения плотности свет от искры сходился внутри специально приготовленного сосуда. При этом достигались очень высокие мгновенные мощности лучистой энергии. И все же опыты не обнаружили никакого заметного рассеяния света.
Потерпев неудачу в опытах с земными источниками света, Вавилов обратился к небесным: к астрономическим явлениям. Он писал, объясняя эти исследования:
«…Лабораторные условия в этом отношении значительно превосходятся тем, что дают наблюдения Солнца. У поверхности Солнца пересекаются некогерентные пучки, исходящие из разных светящихся участков: пересечения происходят при очень больших плотностях радиации и в огромном объеме, причем результаты для земного наблюдателя суммируются. В моменты полных солнечных затмений, когда прямые лучи задержаны и фон является очень темным, мы находимся в исключительно хороших условиях наблюдения, и Солнце служит наиболее удобным объектом для установления пределов выполнимости суперпозиции»[14].
Короче говоря, нарушения принципа суперпозиции надо искать в солнечной системе.
Обычно явление солнечной короны объясняют рассеянием солнечных лучей атомами и электронами. Возможно, однако, что свет короны вызывается под влиянием рассеяния фотонов в результате их столкновений. Вавилов принял это — второе — предположение, чтобы попытаться рассчитать, каким может быть максимальный радиус столкновения фотонов.
И он получил значение такого идеализированного радиуса. Оно оказалось невероятно малым: гораздо меньше 10-20 сантиметра (то есть единицы, деленной на единицу с двадцатью нулями) — в десять миллионов раз меньше, чем сейчас приписывают условному радиусу любой элементарной частицы! А ведь в действительности свет, конечно, рассеивается и атомами и электронами. Значит, радиус сферы действия фотонов будет еще значительно меньше.
По новейшим данным, эффективные поперечные сечения квантов света в тысячи или даже во многие тысячи раз меньше, чем считал Вавилов. Эти сечения столь малы, что даже современные экспериментальные возможности не позволяют обнаружить саморассеяние света в пространстве, не имеющем вещества. Неудивительно, что пока нет никакой надежды обнаружить взаимодействие фотонов в условиях лаборатории. Свет может рассеиваться светом, теоретически это бесспорно. Но практическое подтверждение такого вывода — дело будущего.